XX钢铁厂供配电系统设计

XX钢铁厂供配电系统设计摘要本文按照供电系统可靠性、经济性的要求，根据钢铁厂的负荷性质、负荷大小和负荷的分布情况对本厂供电系统做了全面综合的分析，详细阐述了工厂总降压变电所实现的理论依据。

通过对整个供电系统的分析和对钢铁厂的电力负荷、功率补偿、短路电流的计算，合理的选择电力变压器、断路器等各种电气设备；对工厂总降压变电所不同的主接线方案进行比较,选择可靠性高，经济性好的主接线方案，实现了工厂供电系统安全、可靠、优质、经济地运行。

关键词电力负荷；功率补偿；短路电流；防雷与接地目录1电力负荷及其计算 (2)1.1工厂的电力负荷 (2)1.2计算负荷确定的方法 (2)1.3变压器功率损耗的计算 (5)1.4工厂的计算负荷和年电能消耗量 (6)2 变配电所选择 (12)2.1变配电所的类型 (12)2.2变电所主变压器容量的选择 (13)3 电气主接线 (14)3.1具有母线的电气主接线 (15)3.2无母线的电气主接线 (16)3.3工厂总降压变电所的主接线方案选择 (17)4 电力线路接线方式 (19)4.1高压放射式接线 (19)4.2高压树干式接线 (19)5 电力线路的敷设 05.1架空线路 05.2电缆线路 06 高压供电线路导线截面及型号的选择 06.1按经济电流密度选择导线截面 06.2导线截面及型号的选择 (1)6.3母线的选择 (2)7 电气设备的选择 (2)7.1电气设备选择的一般条件 (2)7.2高压一次设备的选择 (3)8 短路电流计算 (10)8.1三相短路电流的计算 (10)8.2电力系统的短路电流计算 (11)9 防雷与接地 (13)10 附图纸 (16)11 谢辞 (17)12 参考文献 (18)1电力负荷及其计算1.1 工厂的电力负荷 （1）电力负荷的概念电力负荷又称为电力负载。

它有两重含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位（用户），如说重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。

另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。

电力负荷的具体含义视具体情况而定。

1.2计算负荷确定的方法 （1）需要系数法利用一个需要系数乘以设备容量即可求得设备的有功计算负荷的一种方法。

该方法计算十分简便，它是最早提出的也是至今应用最为普遍的一种方法。

但由于需要系数值是根据设备台数较多、容量差别不是很大的一般情况来确定的，未考虑设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机负荷的影响，因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围的计算负荷的确定。

需要系数法的基本公式为： ① 有功计算负荷： ∑=N x P K P .30 （1）式中 ：xK ：称为需要系数；∑N P ：为该组内各设备额定功率之和，即∑N P =NP ∑；30P ：为有功功率负荷；其中：WLL x K K K ηη..∑=∑K ：设备组的同时使用系数（即最大负荷时运行设备的容量与设备组总额定容量之比）；L K ：设备组的平均加权负荷系数（表示设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量的比值）；η：设备组的平均加权效率；WL η：配电线路的平均效率。

② 无功计算负荷：θtan .3030P Q = （2）tan θ：用电设备组的功率因数角的正切值； ③ 视在计算负荷：θcos 3023023030P Q P S =+= （3）cos θ：用电设备组的平均功率因数； ④ 计算电流：N U S I 33030=（4）U N ：用电设备组的额定电压；注意：需要系数值是按设备较多的情况来确定的，对单台设备，x K=1；即 N P P =30；但对于电动机，它本身损耗较大，因此当只有一台时，ηNP P =30。

（2）二项式系数法确定用电设备组有功计算负荷的公式为二项式。

它考虑了设备组中容量最大的几台对整个设备组计算负荷的影响，弥补了需要系数法的不足。

此法计算也十分简便，至今仍为我国不少设计单位和设计人员所采用。

① 有功计算负荷：xN cP bP P +=∑30 （5）∑N bP ：表示用电设备组的平均负荷。

xcP ：表示用电设备组中的x 台容量组大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中xP 为x 台容量最大的设备之和； b 、c ：二项式系数，其数值随用电设备组的类别和台数而定； ② 无功计算负荷：θtan .3030P Q = （6）③ 视在计算负荷：θcos 3023023030P Q P S =+= （7）④ 计算电流：N U S I 33030=（8）（3）利用系数法先根据利用系数求出各用电设备组在最大负荷时的平均负荷，然后求总的平均利用系数和用电设备的有效台数，并由此查出对应的最大系数，最后由各平均负荷之和乘以最大系数，从而求得总的有功计算负荷。

利用系数法对于用电设备组无论台数多少和容量差别大小，计算结果都比较准确。

但此法计算繁复，因此应用不甚普遍。

（4）多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因数。

因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别记入一个同时系数pK ∑ 、qK ∑；对车间干线取：95.0~85.0=∑p K ；97.0~90.0=∑q K对低压母线取：① 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取90.0~80.0=∑p K ；95.0~85.0=∑q K② 由车间干线计算负荷直接相加计算时取95.0~90.0=∑p K ；97.0~93.0=∑q K③总的有功计算负荷为ip P K P ,3030∑=∑ （9）④总的无功计算负荷为iq Q K Q ,3030∑=∑ （10）（以上两式中的∑P30,i 和∑Q30,i 分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。

） 总的视在计算负荷为23023030Q P S += （11）总的计算电流为()NU S I 33030=（12）1.3 变压器功率损耗的计算对于双绕组变压器，（有功功率损耗）和（无功功率损耗）分别为TT R V Q P P P 2220++∆=∆ （13） TN T X V Q P S I Q 2220100%++=∆ （14）式中，∆P0—变压器器空载有功损耗； I0%—变压器空载电流百分数； SN —变压器的额定容量； P —通过变压器的有功负荷； Q —通过变压器的无功负荷； V —变压器运行线电压； RT —变压器每相电阻；XT —变压器每相电抗。

精确计算时，P 、Q 、V 为同一点的功率和电压。

近似计算中，可用变压器额定电压代替实际运行电压。

在V≈VN 的条件下，将RT 及XT 的公式代入上式，就可得到用变压器实验数据直接求其功率损耗的表达式了，即20⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆=∆Ns T SSP P P （15）20100%100%⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆NNsN T S S S V S I Q （16）式中，n —变压器台数；∆PS —变压器短路损耗；S —通过变压器的负荷视在计算功率；VS%—变压器短路电压百分数。

当有n 台同型号同容量的变压器并联对功率为S 的负荷供电时，其总功率损耗为20⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆=∆NsT S S nPP n P （17）20100%100%⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆NNsN T S SnS V S I n Q （18）在负荷计算中，SL7、S7、S9等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算。

30015.0S P T ≈∆ （19）3006.0S Q T ≈∆ （20）1.4 工厂的计算负荷和年电能消耗量 1.4.1 工厂计算负荷的确定工厂计算负荷是选择工厂电源进线一、二次设备的基本依据，也是计算工厂的功率因数和工厂需电量的基本依据。

（1）按逐级计算法确定工厂计算负荷如图1所示，工厂的计算负荷P 30。

①应该是高压母线上所有高压配电线计算负荷之和，在乘上一个同时系数。

高压配电线的计算负荷P 30。

②应该是该线所供车间变电所低压侧的计算负荷P 30。

工厂及变电所低压侧总的计算负荷P 30、Q 30、S 30和I 30的计算公式，分别如前面式（9）～（12）所示，其=∑p K 0.8～0.95， =∑q K 0.85～0.97。

（2）按需要系数法确定工厂计算负荷将全厂用电设备的总容量Pe （不含备用设备容量）乘上一个需要系数Kd ，即得到全厂的有功计算负荷，即ed P K P =30 （21）全厂的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流按式（6）～（8）计算。

（3）按年产量估算工厂计算负荷将工厂年产量A 乘上单位产品耗电量a ，就得到工厂全年的需电量AaW a = （22）各类工厂的单位产品耗电量a 可由有关设计单位根据实测统计资料确定，亦可查有关设计手册。

在求出年需电量Wa 后，除以工厂的年最大负荷利用小时Tmax ，就可求出工厂的有功计算负荷max30T W P a = （23）其他计算负荷Q 30、S 30、I 30的计算，与上述需要系数法相同。

（4）工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷 1）工厂的功率因数① 瞬时功率因数 瞬时功率因数可由功率因数表（相位表）直接测量，亦可以由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出（间接测量） ()IU P3cos =ϕ （24）式中，P 为功率表测出的三相功率读数（kW ）； I 为电流表测出的线电流读数（A ）； U 为电压表测出的线电压读数（kV ）瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况， 以便采取适当的补偿措施。

② 平均功率因数 平均功率因数亦称加权平均功率因数，按下式计算22211cos ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=pqq p p W W W W W ϕ （25）式中，Wp 为某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出； WQ 为某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。

我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数的高低来调整。

③ 最大负荷时的功率因数 最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，按下式计算 3030cos S P =ϕ （26）2）无功功率补偿工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感应负荷，从而使功率因数降低，需考虑人工补偿。

要使功率因数由ϕcos 提高到ϕ'cos ，必须装设的无功功率补偿装置容量为 ()ϕϕ'-='-=tan tan 303030P Q Q Q C （27）或 30P q Q C C ∆= （28）式中，ϕϕ'-=∆tan tan C q ，称为无功补偿率，或比补偿容量。